Устройство для первичной обработки сейсмической информации

 

СОО3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН .

„„SU„„1057958

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 . ф л,7,, Ф ...„, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCH0I4Y СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3367565/18"--24 (22) 18.12.81 (46) 30.11.83. Бюл. У 44 (72) Б.M.Вайсбейн, В.Н.Курбатский и И.Г.Никкель (71) Новосибирский государственный, университет им. Ленинского комсомола (53) 681,326.7(088.8) (56) 1. Цифровая обработка сейсмических данных. Изд-во "Недра", 1973.

2, Авторское свидетельство СССР и 693299, кл. 01 F 1/28, 1979.

3. Патент СНА И 3683398, кл. 346-1, опублик. 1972 (прототип), (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ OEPBWHOA

ОБРАБОТКИ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ИНфоРМАЦИИ, содержащее блок управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым и вторым входам первого и второго блоков памяти, цифроаналоговый преобразователь, информационный вход которого подключен к выходу первого блока памяти, управляющий вход - к третьему выходу блока управления, а выход — к входу полосового фильтра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия, в него введены элемент ИЛИ, аналого-цифровой преобразователь, регистр и преобразователь код-интервал времени, вход которого соединен с выходом второго блока памяти, а выход через элемент ИЛИ - с входом блока управления, четвертый выход которого подключен к третьему входу первого блока памяти, информационный вход аналого-цифрового пре-.

Ж образователя соединен с выходом полосового фильтра, управляющий вход - с третьим выходом блока управления, а выход через регистр - с четвертым входом первого блока памяти °

2. Устройство по п.l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управ ления содержит адресный счетчик, выход которого является flcpsblM выходом блока, а вход является входом блока и соединен с входом первого элемента задержки, выход которого является

7958 вторым выходом блока и входом второго элемента задержки, который соединен с входом третьего элемента задержки и с третьим, выходом блока, выход третьего элемента задержки подключен к четвертому выходу блока.

1 2

Изобретение относится к сейсми- 1„„., 4 - начальный (Левый ) и после1г" ческой разведке и может быть исполь- довательные отсчеты времен. зовано при обработке сейсмических сиг перекрывающего участка, налов и s гидроакустике. Недостаток устройства заключается

Особенностью записей регистрируе" 5:s возможном подавлении сигнальной сс» мых сейсмических сигналов является ставляющей записи на выходе фильтра снижение видимой частоты и полосы на участке перекрытия, если составспектра по мере возрастания времени зияющие спектров сейсмических сигналов регистрации, что связано с избира- на соседних интервалах не перекрывательным нелинейным поглощением сейс- 10 ются или перекрываются слабо. мических волн в изучаемой земной Известно устройство для первичной формации. .,обраб0тки сейсмической информации, Известен ряд способов и устройств, содержащее последовательно соединениспользующих переменную во времени ные источник сейсмических сигналов, фильтрацию, как средство по увеличе- 15 узкополосные Фильтры, амплитудные нию отношения сигнал/помеха на этапе .ограничители, полосовые фильтры, сумпервичной обработки., матор и регистратор.

Известно Устройство, Г3 ) в кото-, Источник сейсмического сигнала сором запись сейсмических сигналов,, едиден с узкополосными фильтрами. для представленных в цифровой форме, раз- 2Q выделения частотных составляющих сигбивают на ряд временных перекрывающих- нала» выходы этих Фильтров с амплися интервалов, для которых рассчитыва- тудными ограничителями для ограничеют операторы фильтров, наилучшим об- . ния амплитуд выделенных частотных соразом выделяющих сигнальную состав- . ставляющих по одному уровню, амплитудляющую s пределах центров каждого ин- 25 ные ограничители подключены на входы тервала. Неперекрывающиеся участки полосовых Фильтров. Выходы полосовых сейсмической записи на выходе фильт- Фильт ов через суммагор подключены к ров составляют. части отфильтрованной регистратору. Количество узкопозаписи. Перекрывающиеся участки сосед.. лосных Фильтров, амплитудных ограних интервалов на выходе фильтров сум- ЗО ничителей и полосовых фильтров соотмируют с весами линейно меняющихся от ветствует количеству частотных соединицы до нуля в соответствии с вы- ставляащих, на которые раскладывается ражением сигнал.

ti 4 4- 1

Обрабатываемый сигнал, от источниS(t) Вг(Ц+ + + 9 (t), (Гф З5 ка сигнала поДвют на запараллеленные

t2- 41 . 2 1 входы узкополосных фильтров. Kow чество этих фильтров определяется где 5Й) - значение выходной записи частотным диапазоном сейсмических сейсмических сигналов на сигналов и выбранной дискретностью участке перекрытия, 4очастотного разложения. Выделенные, 5 (tJ,S (tP сейсмические записи на участ частотные составляющие, имеющие разке перекрытия с выходов личные амплитуды, поступают на амплифильтров левого и правого тудные ограничители, где осуществляетинтервалов; ся ограничение амплитуд частотных со3 10579 ставляющих по одному уровню. Выравненные по амплитуде частотные составляющие падают на паласовые фильтры, где отфильтровывают высокочастотные спектральные составляющие, обусловленные процедурой амплитудного ограничения. После паласовых фильтров сигналы подают на сумматор, а просуммированные частотные составляющие поступают на регистратор, т.е. с помощью паласовых фильтров отфильтровывают высокочастотные составляющие, возникающие вследствие амплитудных ограничений Г2 j °

Недостаток устройства " наличие

15 большого количества (не менее четырех узкополосных фильтров и, соответственно, не менее четырех амгли" тудных ограничителей и такого же количества паласовых фильтров. Такое обилие однотипных деталей делает схему громоздкой.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее блок памяти кодовой последовательности сейсмических сигналов, блок памяти кодовой таблицы распределения основных час" тот колебаний сейсмических сигналов от времени их регистрации, вычислительный блок с дополнительной памятью программ обработки, блок вывода, цжрроаналоговый преобразовать (ЦАП ), паласовой фильтр. Процесс выравнивания частотного спектра сейсмических сиг- 35 налов в устройстве включает нелинейное масштабно"временное преобразова- ние цифровой записи сейсмических сиг налов, выполняемое вычислительным устройством, по программам, заложен- 40 ным в его памяти. При нелинейном масштабно-временном преобразовании исходную запись сейсмических сигналов (с известным распределением их основ.ных периодов колебаний ), деформируют 45 посредством операции сжатия-растяжения, так что на выходе получают сейсмические сигналы, у которых периоды колебаний близки друг к другу. Далее последовательностью запросов, следую- 50 щих через равные интервалы времени, выборки сигналов из блока памяти поступают на вход цифроаналогового преобразователя (ЦАП), и затем на паласовой фильтр, с выхода которого за- 55 пись сейсмических сигналов в нелинейном временном масштабе поступает на вход построителя изображений (3 ) .

58 4

Недостаток устройства - наличие вычислительного блока (ЗВИ ), который удорожает устройство, а принцип масштабно-временного преобразования по данному способу замедляет процесс обработки.

Другим недостатком. устройства, учитывая что фильтрация переменная во времени, как средстзо повышения отношения сигнал/помеха применяется чаще на начальном или промежуточном этапах цифровой обработки, является аналоговое представление сигнала, с нелинейным временным масштабом, что не позволяет вести последующую обработку стандартными методами и требует., как минимум, операции обратного нелинейного масштабно-временного преобразования.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его быстродействия при сохранении исходного вида представления сейсмических сигналов.

Для достижения цели в устройство для первичной обработки сейсмической информации, содержащее блок управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым и вторым входам первого и второго блоков памяти, цифроаналоговый преобразователь, информационный вход которого подключен к выходу первого блока памяти, управляющий вход - к третьему выходу блока управления, а выход - к входу полосового фильтра, введены элемент ИЛИ, аналого-цифровой.преобразователь, регистр и преобразователь код-интервал времени, вход которого соединен с выходом второго блока памяти, а выход через элемент ИЛИ - с входом блока управления, четвертый выход которого подключен к третьему входу первого блока памяти, информационный вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом полосового фильтра, управляющий вход " с третьим выходом блока управления, а. выход через регистр - с четвертым входом первого блока памяти.

Блок управления содержит адресный счетчик, выход которого является первым выходом блока, а вход является входом блока и соединен с входом первого элемента задержки, а выход которого является вторым выходом блока и входом второго элемента задержки, который соединен с входом третьего элемента задержки и с третьим выходом блока, выход третьего элемента эа3 10579 держки подключен. к четвертому выходу блока.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема блока управления. 5

Устройство содержит блок 1 управления, первый блок 2 памяти, второй блок 3 памяти, цифроаналрговый преобразователь 4, полосовой фильтр 5, элемент ИЛИ 6, аналого"цифровой,пре" 1О образователь 7, регистр 8, преобразователь 9 код-интервал времени.

Блок 1 управления (фиг.2) содержит адресный счетчик 10, первый элемент 11 задержки, второй элемент 12 задержки, 15 третий элемент 13 задержки.

В опытном образце устройства девятиразрядный цифроаналоговый преобразователь с матрицей типа R-2R имеет время установления менее 2 мкс; де- рр вятиразрядный АЦП параллельно-последовательного типа выполнен по 3-х каскадной схеме на ИС и дискретных элементах с временем преобразования менее 3 мкс. 25

Модуль памяти 9х2 А собран на базе ИС ОЗУ (565РУ2) с временем цикла записи (считывания ) менее 2 мкс.

Узлы цифровой логики выполнены на

ИС ТТЛ (155-серия ).

Устройство работает следующим об" разом.

В начале блок 2 загружают сейсмической информацией (трассой ), представленной в оцифрованном виде, при5 чем малым временем регистрации соответствуют начальные (малые } адреса блока 2. В блок 3 памяти загружают кодовую последовательность (таблицу ), отображающую реальное распределение основных частот полезных волн как функцию времени их регистрации, причем для идентичных адресов блоков 2 и 3 существует однозначное соответствие. В исходной сейсмической информации (трассе ) это соответствие может не проявляться в явнов виде вследствие наложения на полезные волны волнпомех, имеющих, как правило, другой спектральный состав.

Импульс внешнего запуска в виде напряжения поступает на входы сброса в "нуль" адресного счетчика блока 1 управления (фиг. 1 и 2 ) и первый вход элемента ИЛИ 6, с выхода которого поступает на счетных вход счетчика 10 55 устанавливая на его адресном выходе код равный одному, Зтии импульсом на выходе элеиента 11 задержки формируетт

58 6 ся управляющий сигнал чтения информации одновременно с блока 2 памяти сейсмических сигналов и блока 3 памяти таблицы основных частот по адресу, определяемому содержимым счетчика 10, выход которого соединен с адресными входами блоков памяти, при этом первый отсчет блока 3 памяти поступает на входной регистр преобразователя 9 код-интервал времени.

Во время отработки паузы в преобразователь 9, равной произведению зна» чения выбранного из блока 3 кода на период следования импульсов тактового генератора преобразователя 9, сигнавои второго элемента 12 задержки по окончании цикла чтения с блока 2 (установки адресов и выборки сигнала на информационные шины ),. кодовая выборка сейсиического сигнала поступает на регистр ЦАП, при этом начинается

его цифроаналоговое преобразование этим же сигналом с элемента 12 задержки, начинается цикл аналого-цифрового преобразования в АЦП 7 аналогового сигнала, поступившего с выхода фильтра 5i Причем реакция фильтра на выходе всегда запаздывает от входного возмущения. Сигналом "Конец преобразования" кодовая выборка фильтрованного сигнала переписывается с выхода

АЦП 7 на регистр 8. Управляющим сигналом "Запись", поступающим с выхода третьего элемента 13 задержки блока 1 управления, код с регистра 8 переписывается в блок 2 памяти .по адресу, определяемому содержимым счетчика 10.

В момент окончания паузы, минимальное время которой должно превышать ° время преобразований и цикла обращения к блоку 2, на выходе преобразователя

9 формируется сигнал разрешения "4тение-запись", который поступает на вто рой вход элемента ИЛИ 6 и далее на счетчик IÎ, увеличивая состояние последнего на единицу, и процесс повторяется.

В дальнейшем асинхронный поток импульсов напряжения, определяемый кодовой последовательностью таблицы основных частот, с выхода преобразователя 9 управляет скоростью перемещения кодов9й последовательности сейсмических сигналов по кольцу: блок памяит 2 - ЦАП 4 - фильтр 5 - АЦП 7регистр 8 - блок 3 памяти с трансфор1057958 8

Составитель Е.Ворсобина

Техред С.Мигунова Корректор " Решетник, Редактор С.Юско

«««»

Заказ 9465/52 . Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 мацией основных частот сейсмических сигналов на выходе ЦАП 4

Ф"тс;= д t fc.;/(Сs k+>) (2)

5 где f><, - трансформированная основная частота сигнала на выходе

ЦАП, для i-й выборки;

44 - интервал дискретизации исходного сейсмического сигнала;

f ; - основная частота сейсмическос1 го сигнала для i -й выборки;

3; - значение i-й выборки таблицы основных частот; В - период следования тактовых импульсов.

Из выражения (2 ) ввиидднноо, что при точном соответствии основной частоты сейсмического сигнала ее табличному 20 значению для каждой выборки (вернее, в окрестности выборки ) трансформированные бсновные частоты сейсмических сигналов иа выходе остаются постоянными, и таким образом переменная во 25 времени фильтрации осуществляется на постоянном фильтре.

Предлагаемое устройство использовано для выделения полезной составляющей записи сейсмических сигналов зо

I при непрерывном изменении их основных частот.

Так как работа блоков памяти, ЦАП, АЦП с учетом параллельной работы преобразователей не превышает нескольких микросекунд с целью достижения возможно большей производительности устройства минимальный размер паузы можно взять равным 10 мкс. Допустим, что изменения основных частот сейсмических сигналов лежат в пределах 6010 ГЦ. Если период следования импуль" сов тактового генератора преобразователя 9 будет равным 1 мкс, то минимальная пауза, отрабатываемая преобразователем 9, очевидно будет равна

10 мкс. Из выражения (2 ) основная частота пропускания фильтра, с учетом обычного для практики кодирования с

Ж = 2 ° 10 >с, будет равна 2000 Гц. е

Трансформированная полоса пропускания также может быть определена из выражения (2 1, но регулируется непосредственно в самом фильтре.

Экономическая эффективность от использования предлагаемого устройства определяется снижением стоимости вследствие исключения вычислительного блока и увеличением производительности на порядок.